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1、黑体模型波粒二象性专题讲练专题一：能量量子化1、热辐射现象：固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。2、黑体：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电 磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。能全部吸 收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑 体。3、黑体辐射的实验规律（1）一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了和温度有关外，还与 材料种类及表面状况有关。黑体辐射的电磁波的强度随波长的分布情况只和温度有关。（2）黑体辐射的实验规律黑体热辐射的强度与波长的关
2、系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。（3）在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学 家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实 验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。4、能量量子化（1）1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看 作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态， 在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一 最小
3、能量 （称为能量子）的整数倍，即：， 1，2，3，. ns，n为正整数，称 为量子数。对于频率为V的谐振子最小能量为 = hV h = 6.55 x 10-34 J-s这个最小能量值，就叫做能量子。（2）Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的 旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观 点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。(3) 黑体只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量能量经典量子m)【巩固练习题】1、
4、对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是A.温度B.材料()C.表面状况D.2、已知某单色光的波长为入，在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h, 的能量子的值为()质量则该电磁波辐射A. 竺B.竺C.里D. hc入3、某激光器能发射波长为入的激光，发射功率为P,真空中光速为c,普朗克常量为h,则该激光器每秒发射的光量子数为()A.4、A.hPB.hc人c一束红光从空气射入折射率为增大B.减小1.5C.的玻璃，D.虹 hc则这束红光的能量将(C.不变D.)无法确定5、单色光从真空射入某介质时，()A. 波长变长，速度变小，光量子能量变小B.波长变长，速度变大，光量子能量不变C.波长变短，速度变小，光
5、量子能量不变D.波长变短，速度变小，光量子能量变大专题二：光的粒子性1、光电效应：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的 现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。2、光电效应的实验规律(1) 对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率v c。当入射光频率v v c时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率v v c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。(2) 在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比;(3) 发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的 增大而增大；(4) 只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电 子的产生都几乎
6、是瞬时的，不超过10s.3、饱和电流和遏止电压(1) 饱和电流：如右图的光电管电路：在光照强度一定的条件下，电路中 的光电流会随着电压的增大而增大，但当电流增大到一定值以后，电压再增光电效应伏安特性曲线大，电流也不会再增大了。此电流叫做饱和电流。实验表明：在入射光的频率一定的条件下，光照强度越大， 饱和电流越大。可见，入射光强度越大，单位时间内发射的光 电子越多。（2）遏止电压如上电路图，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开 阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流 恰为0。 Uc称遏止电压。根据动能定理，有:1m v 2= eU
7、实验表明：在光的频率一定时，无论光强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变，遏 止电压也随着改变。可见，光电子的能量只和光的频率有关，与光强无关。4、光子说与爱因斯坦光电效应方程（1）光子说光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称TuTo光子的能量：E = hvh为普朗克常量。h=6.63X 10-3J s每个光子的能量只决定于光的频率。光强同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少.（2）光子说对光电效应的解释光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能 获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一
8、的关系.电子吸收光子后，能量增加，如果能 量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子.如果光子的能量较小（频率较低），电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其 的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低 时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因.每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一 样.光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频 率的原因.金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足够时，逸出也是 十分迅速的，这就是光电效应具
9、有瞬时效应的原因.（3）爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电 子逸出功*，另一部分变为光电子逸出后的动能 气。由能量守恒可得出：h v = E + WW0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功Wk为光电子的最大初动能。爱因斯坦对光电效应的解释： 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 从光电效应方程中，当初动能为零时，可得截止频率：V = 0- c h爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学
10、家们广泛承认，因为它完 全违背了光的波动理论。5、光电效应理论的验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了 “光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因 斯坦光电效应方程，h的值与理论值完全一致，又一次证明了 “光量子”理论的正确。由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔 物理学奖。密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有 最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。总结：光电效应表明了光具有粒子性。6、康普顿效应（1）光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。（2）康普顿效应1923年康普顿
11、在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除 有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角 有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。（3）康普顿散射的实验装置与规律：按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光 的波长是不会改变的！散射中出现入。入0的现象，称为康普顿散射。康普顿散射曲线的特点： 除原波长人0外出现了移向长波方向 的新的散射波长人 新波长人随散射角的增大而增大。波长的偏移为人=人-人0波长的偏移只与散射角中有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长入0无关，人=人人=人（1_ cos 9）入 =0.0241A=2.41 X 103n
12、m （实验值）称为 电子的Compton波长只有当入射波长入0与入可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能 观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难根据经典电磁波理论，当电磁波 通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射 光频率应等于入射光频率。无法解释波长改变和散射角的关系。（5）光子理论对康普顿效应的解释若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是 散射光的波长大于入射光的波长。 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整 个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质
13、量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎 不变，波长不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。（6）康普顿散射实验的意义有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；首次在实 验上证实了 “光子具有动量”的假设； 证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。7、光子的动量和能量动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的E = m c 2 E = h vh v. m =c2 P = mc =也c = hV=里c2c 入【巩固练习题】1、光电效应实验装置如图1所示，则下列说法中正确的是（A .用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转6 .用红色光照射锌板，
14、验电器指针会发生偏转。.锌板带的是负电D .使验电器指针发生偏转的是正电荷2、 关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（）A. 金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B. 光电流的强度与入射光的强度无关C. 用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D. 对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应、3、 如图所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流圣穴计中没有电流通过，其原因可能是（）尽法一”A. 入射光太弱；B.入射光波长太长；C.光照时间短；D.电源正负极接反。L|画漏 m ,4、 用某一频率的绿光照射某金
15、属时恰好能产生光电效应，则改用强I户度相同的蓝光和紫光分别照射该金属，下列说法正确的是（）A. 用蓝光照射时，光电子的最大初动能比用紫光照射时小B. 用蓝光和紫光照射时，在相同时间内逸出的电子数相同C. 用蓝光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多D. 用紫光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（）光速 c = 3.00x108m/s）C. 4种D. 5种5、（全国高考题）下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁镀钛逸 出 功(10-19J)3.04.35.96.26.6（普朗克常量h = 6.6x10-34JsA. 2种B. 3种6、（全国高考题
